焊接结构生产及装备.ppt
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1、焊接结构生产及装备周浩森,第一章 绪论,一 . 焊接结构的发展 (用钢量的43) 1 机械加工工艺方法 焊接、铸造、锻压、切削加工、热处理 2 钢结构 焊接结构、冲压结构、锻压结构、铸造结构,二 焊接结构的特点 1 分类 (1) 按板厚不同 分薄板和中厚板结构 (2) 按加工工艺不同 板焊结构(轧材)、冲焊结构、锻焊结构、铸焊结构 (3) 按原材料种类 钢、铝及其合金、钛及其合金等,(4) 按工作条件分 梁:在一个或两个主平面承受弯矩的构件。 柱:轴心受压和偏心受压的构件。 桁架和塔桅结构:承受弯矩、由许多杆件组成的大跨度结构。 板壳结构:用于承受内压、要求密封的焊接容器。如压力容器、锅炉、管
2、道、船舰 、客车等。 机器结构:机器的机座、机身及大型机器零件。,2 特点 (1) 优点 相对铆接结构,接头性能好,重量轻,节省金属,水气密性好,接头简单,美观。 (2)缺点 气孔、夹渣、裂纹、各种缺陷,焊接应力及变形等。 三 焊接结构的设计 1 焊接结构的设计标准,(1) 一般建筑结构 钢结构设计规范 (2) 压力容器 钢制石油化工压力容器设计规范 (3)船舶、海上采油平台 钢质海船入级与建筑规范 海上平台入级与建造规范 (4)起重、运输机械、工程矿山机械 相应的部标、行标、厂标。,2 焊接结构的设计步骤(理论力学、材料力学、结构力学) 依据使用要求,参考类似结构确定整体方案确定承受的各种载
3、荷 结构受力分析结构元件的设计(强度、刚度、稳定性),进行结构的细节设计(焊接接头、焊缝、筋板、孔、应力应变集中及局部挤压处) 编写设计说明书及绘图 和机械设计既相同又相异,机械设计由机原加机零设计组成,结构设计由元件加细节设计构成,3 焊接结构的设计方法(结构力学) (1)许用应力法 (2)概率论为基础的极限状态法 四 焊接结构的生产工艺概述 (一) 生产工艺过程 1 生产准备 图纸工艺分析工艺文件(工艺流程、工艺评定、工艺方法) 设备、材料、人员、动力各种准备。,2 金属材料的预处理 材料的验收、分类、矫正、除锈、表面保护、预落料。 3 备料 放样、划线、号料、切割、边缘加工、冷热成型加工
4、、端面加工及制孔等。 4 装配焊接 焊缝边缘清理、装配和焊接。 5 检验 从原材料到产品,每道工序相应的检查。 6 成品的验收、油漆、标志、包装。,p3图11,(二) 生产规模 1 单件小批量生产 从生产准备到产品的生产工艺过程简单。 2 成批生产 一段时间的大量生产。 3 大量生产 长时间的大量生产。,第二章 焊接结构的生产工艺过程 21 概述,1 生产过程 原材料或半成品按人的意图发生改变的整个过程。 2 工艺过程 逐步改变工件状况的那一部分生产过程,是生产过程的一部分。,3 焊接结构的生产(图纸生产工艺分析工艺过程) 确定焊接结构的生产工艺过程。 确定焊接车间设计。 确定焊接夹具设计。
5、确定设备选用。 确定质量控制。,2-2 焊接结构生产的备料工艺与设备,一 金属材料的储存 供货状况:轧材(板材、管材、型材)、 锻件 、铸件。 检查与验收:化学成分、外观、 显微分析(气孔、夹渣、裂纹、缺 陷、形貌、组织)、 力学性能、焊接性。,存放:分类、除锈、方便装卸及安全。 切割及运输:剪板机、气割设备、叉车、平板车、起重机。 二 金属材料的复验(使用前) 化学成分、金相检验、力学性能(拉伸、弯曲、冲击)。 三 金属材料的除锈 化学除锈:酸洗碱中和水冲洗烘干。 机械除锈:喷丸(小铁丸)除锈喷(涂)底漆。 四 金属材料的矫正,1 变形原因及矫正要求 轧制过程以及运输、储存过程中出现的变形。
6、 P9表21 22 23:板材、管材、角钢、工字钢。,2 分类 (1) 冷矫正和加热矫正(变形严重)。 (2) 第一次矫正:制造结构之前的预先矫正,对原材料。 第二次矫正:对加工时毛坯的变形进行矫正,对毛坯。 3 矫正方法 (1) 手工矫正:锤击。 (2)矫正机床,钢板矫平机 p11图2-1原理 P11表2-4技术数据 型材矫正机:p11图22示意图角钢矫正机 和调直压力机。 P12表25 技术数据辊轮数量速 度。,机床、摩擦压力机、曲柄压力机、杠杆压力机、千斤顶:,五 放样、划线、号料 1 放样 根据图纸要求,在放样台上,用1:1的比例,划出零件的平面展开尺寸。 目的是检查图纸的正确性,确定
7、下料尺寸,形成放样样板。 分类:比例放样、光学放样、数学放样。 2 划线 利用放样样板在金属材料上进行实际轮廓线的复制。 3 号料 根据划线的轮廓线,用小锤和冲子在金属上标记。 分类:机械号料,光学号料(利用照相机的原理,依投影后的轮廓线进行号料) 电印号料(利用静电摄影的原理,将轮廓线直接印在涂有感光剂的钢板上) 过程: 放样划线号料。 光学号料、电印号料不需放样划线。 数学放样不需划线号料,直接通过数控切割机下料。,六 下料 (一)机械切割 1 剪切 龙门剪床:剪切大宽度板材 技术数据p14表2-9,压力剪床:剪切宽度不大的板材,技术数据p15表210,角钢剪切机:技术数据p15表211
8、联合冲剪机:技术数据p15表212 剪切板材、型材、还可冲孔。 园盘剪:剪切曲线。,2 锯切 有齿锯:带锯、园盘锯 p16表213 无齿锯:锯片与工件之间的摩擦热熔化切口,又称摩擦锯 p16表214,(二) 气体火焰切割 1 依气体不同分类 氧乙炔切割、氧丙烷切割、液化石油气切割。 2 按控制方法 手工气割、半自动气割、靠模自动气割、光电跟踪气割、数控气割。 (三) 等离子弧切割 不锈钢、有色金属、大厚度焊件。 (四) 线切割机(电弧放电熔化)和电火花切割,七 坡口及边缘加工 (一)熔化切割法 氧乙炔气割(特殊割嘴,和气割同时进行) 碳弧气刨(清根、扣槽、清除焊接缺陷,配合砂轮),(二) 车、
9、铣、刨削的方法 坡口剪切机 坡口刨边机p18表216 坡口铣边机,八 弯曲及成形 1 依加热与否 冷态弯曲、热态弯曲。 2 设备 (1)弯板机 三辊弯板机:p18图23a b 四辊弯板机:p18图23c d 原理及问题(筒形成锥状) 技术数据:p19表217,(2)型钢弯曲机 手工(压力机、弯曲矫正机) 自动(角钢弯曲机技术数据p20表218),九 冲压 1 定义 将模具放在各种压力机上来完成零件的制作,核心是模具。 2 分类 冷冲压,热冲压。 3 设备 水压机,油压机,摩擦压力机,曲柄压力机。,十 零件的其他加工 1 制孔 钻孔:钻床p20表219。 冲孔:冲孔机。 割孔:孔径大的情况。 镗
10、孔:镗床。,2 折边 折边机或压力机床。 3 弯管 (1) 有心弯管、无心弯管。 (2)冷弯管、热弯管。 (3)设备 手动弯管机、电动弯管机。,十一 焊前清理 1 清理内容 铁锈及氧化皮、油污、毛刺、焊渣、飞溅。 2 清理方式 (1)用风动或电动砂轮机、钢丝刷等。,气刮铲:又称气动扁铲打渣机p21图25。 针束除锈器:又称气动针束打渣机。 p22图26,(2) 喷砂或喷丸清理 喷SiO2干砂或小铁丸 (3)气体火焰表面清理 油污、氧化皮等,但成本高应用少。 (4) 酸洗 2%4%的硫酸1%2%的石灰水 十二 焊接材料的储存 防止焊条、焊丝、焊剂、衬垫等的受潮及混淆。,23 焊接结构的装配工艺,
11、装配工艺:采用工装夹具或定位焊,按图纸要求, 将零件连接成部件或整体结构。 一 装配方式分类 (一)按结构的类型及生产批量的大小 1 大型、单件生产的结构采用划线定位的装配方法 利用测量工具、简单夹具、定位焊等。 2 批量生产的结构在专用的胎夹具上装配的方法 采用装配夹具及装焊夹具。 (二) 按工艺过程 1 由单独零件逐步组装成结构(先装后焊,或装焊交替进行) 2 由部件组装成结构,(三)按装配工作地点 1 工件固定式装配 用于重型焊接结构、或产量不大的情况。 2 工件移动式装配 按工序流程进行装配 ,装配生产线。 二 焊接结构的装配顺序的确定 装配焊接顺序的确定 (1)装配工作是否方便,焊接
12、的可焊到性和方法 (2)控制焊接应力及变形 (装配工艺流程、装焊图表、焊缝识别卡、装配工艺卡),三 典型装焊次序分部件装配焊接法 (一)优越性 1 提高装焊质量,改善工人劳动条件(结构尺寸小,焊缝位置好) 2 控制和减少焊接变形(总焊接量减少,以及胎夹具的使用) 3 缩短产品的生产周期(部件同时生产) 4 提高生产面积的利用率(减少总装的胎夹具) 5 广泛的利用胎夹具(简化夹具) (二) 部件的划分 1 各部件本身是一个整体的构件。 2 力求充分发挥部件生产的优点。 3 现场生产能力的限制及生产节奏的要求。,四 装配工作中应注意的问题 1 机械加工放最后(装焊完后进行) 2 装配零件是以外缘为
13、依据的(外缘的精确度影响装焊质量) 3 正确掌握公差标准 4 装配后尺寸在公差的范围内 5 严格清除油污(影响装焊质量) 6 对定位焊的要求(定位焊工艺,母材,焊法,焊材) 7 巧用胎夹具(装配夹具 装焊夹具),24 焊接结构的焊接工艺,一 焊接结构生产中制定焊接工艺的原则及内容 1焊接工艺制定原则(满足使用要求,经济要求) (1)可焊性好,生产率高,并获得质量好的焊接接头 (2)应力和变形小 (3)焊接变位次数小,采用工装夹具 2 内容(工艺卡的内容,分主要因素、重要因素、次要因素等) (1)母材,焊接方法,焊接材料 (2)工艺参数焊接电流、焊接电压、焊接速度等 (3) 加热工艺参数预热、后
14、热、层间温度及焊后热 处理等。 (4)其他焊接坡口、焊接顺序、焊接方向、胎夹具等。,二 焊接工艺方法的选择 分类1:熔焊-手工电弧焊、埋弧焊、电渣焊、CO2气保焊、气焊、TIG-MIG焊、电子束焊等。 压焊-电阻焊、摩擦焊、扩散焊、爆炸焊等。 钎焊-普通钎焊、熔钎焊、共晶钎焊、液相过渡焊 等。 分类2:焊接(一般的焊接方法)、连接(比如扩散焊)、涂层(热喷涂)、表面改性。 应用情况: (1)手工电弧焊应用灵活、方便、设备简单。 (2)埋弧自动焊与半自动焊适于4mm以上厚的母材的焊接,可用于平焊 、船形焊、垂直焊。,(3)电渣焊适于30mm以上厚的母材。 (4)CO2气保焊生产率高,成本低,全位
15、置的焊接。 (5)电阻焊适于薄板件结构。 (6)气焊适于焊接较薄工件、有色金属、铸铁。 (7)TIG-MIG焊适于焊接铝、钛、铜及其合金、不锈钢等。 (8)摩擦焊焊接导热性好、易氧化的金属。 (9)电子束焊适于活泼金属、高熔点金属、高纯度金属、高精度焊件的焊接。 (10)钎焊用于焊接薄件、复杂连接面或异种接头。 总体来说:埋弧焊与CO2气保焊是优先选择的焊接方法, 手工焊是重要的补充。,三 确定合理的焊接工艺参数 (1)焊接电流、电压、速度 (2)焊接电源极性、电阻焊的电极直径 (3)坡口形式、焊接层数、焊接顺序及方向 (4)焊接材料参数、焊工技术等级等,四 焊接工艺制定实际情况(焊接工艺卡的
16、制定) 1 焊接专家系统开发实例 焊接企业工艺技术准备主要集中于: (1)焊接工艺评定方案设计。 (2)焊接工艺试验(包括工艺评定试验、焊接性试验等)。 (3)产品焊接工艺编制 焊接工艺评定报告(PQRProcedure qualification record) 由有关部门分类、编号、 存档,供工艺人员做为编制具体产品焊接工艺的依 据 。,焊接工艺规程即通常所称的焊接工艺说明书WPSwelding procedure specification,WPS是焊接生产所必须的技术指导性文件。对于重要焊接件,不同产品及同一产品不同情况的焊缝都必须有各自对应的WPS。为确保焊接产品质量,有关国家、行业
17、及企业对于WPS 的编制都制定了相应的标准、规范或规程,如我国的“钢制压力容器焊接工艺评定标准JB4708-92”。编制WPS的过程中,工艺人员须查阅本单位已有的PQR档案,根据相关工艺标准,判断每一PQR对当前焊接情况的适用性。当找到一份可用的PQR后,须针对当前焊接条件,根据经验及有关规定,调节、补充某些工艺数据,进而形成最终的WPS。当产品品种繁杂,PQR资料较多,需要编制大量WPS时,焊接工艺准备工作就变得异常繁琐、费时,更谈不上当存在多份可用PQR时进行优选的问题。,2 弧焊工艺规程编制计算机辅助系统 焊接工艺评定是在钢材焊接性能试验的基础上,结合锅炉、压力容器的结构特点和技术和条件
18、,在制造单位具体条件下的焊接工艺验证试验,它还用以证明制造单位有能力焊制出符合有关法规、标推、技术条件的焊接接头。 焊接工艺评定是压力容器焊接生产中的法规性规定,并用强制性标准JB470892钢制压力容器焊接工艺评定来贯彻。,3 小结 焊接工艺评定, 依据中华人民共和国行业标准JB4708-92钢制应力容器焊接工艺评定,焊接工艺评定的定义是为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果的评价。 具体的说,焊接工艺评定就是按照所拟定的焊接工艺,根据有关技术标准规定焊接试板,并从焊成试板中取出拉伸、弯曲、冲击等试样,测试试样是否具备所要求的性能。如果所有试样检验结果符合技术要求,证明所拟
19、定的焊接工艺可行,根据焊接工艺评定提出“焊接工艺评定报告(PQRProcedure qualification record)”。,焊接工艺评定报告内容主要包括母材、焊接方法、焊接材料、工艺参数、加热工艺参数等焊接参数,以及外观检查、力学性能(拉伸弯曲冲击)、显微分析、化学成分分析、无损探伤、焊接性实验等焊后实验构成。没有统一的标准。 焊接工艺规程WPSwelding procedure specification, 广义上,凡是用文字、图形和表格等形式,对某个焊件科学地规定其工艺过程方案和规范及采用相应工艺装备的技术文件。 狭义上,焊接工艺规程即通常所称的焊接工艺说明书,是焊接生产所必须的技
20、术指导性文件。,焊接工艺规程的主要内容主要包括母材、焊接方法、焊接材料、工艺参数、加热工艺参数、焊接方向顺序等焊接参数。 焊接工艺制定情况小结: (1)总体 理论分析、实验研究、国家标准制定焊接工艺。 (2)实践,理论分析 新材料、新工艺(每道焊缝)指导性焊接 实验 工艺规程 (指导WPS)焊接工艺评定(PQR) 国标 焊接工艺规程(WPS,工艺卡、焊接工艺说明书 、典型工艺卡) 国家标准 新材料、新工艺PQR焊接工艺规程 WPS,25 焊前预热及焊后热处理,一 予热、后热的作用 改善焊接性,即工艺焊接性(气孔、夹渣、裂纹、缺陷) 使用焊接性(强度、硬度、韧性、高低 温性能、耐磨耐蚀性能、焊接
21、残余应力及变形)。 (一)予热的作用 防止延迟裂纹,减少淬硬组织,减少内应力(焊接温度分布均匀),加快金属的熔化。 (二)予热温度的确定 应用碳当量,结合焊条直径、板厚、接头形式、拘束程度来确定。 预热温度为100200 (三) 后热的作用 防止延迟裂纹,减少予热温度。,二 焊后热处理的作用 p31表2-23 焊件一般不需热处理,比如碳钢(小厚度),低合金钢,高合金钢需热处理。,1 作用 防止冷裂纹,减少残余应力,改善组织。 2 焊后热处理的适于情况 (1)强度等级大于500MPa的具有延迟裂纹的普通低合金钢,焊后回火处理。 (2)在脆性转变温度以上工作的焊接结构,焊后回火处理。 (3) 厚壁
22、容器,存在三向残余应力,焊后消应力回火处理。 (4)电渣焊接头焊后正火或正火加回火处理(减少淬硬组织和裂纹倾向)。 (5)焊后需机加工的构件,焊后热处理保证尺寸的稳定性。,3 热处理注意事项 (1) 含V或Ti、Nb的低合金钢,控制回火温度,以减少回火脆性。 (2) 含Cr、Mo、V、Ti、Nb的低合金钢,消除应力退火时,防止再热裂纹。 (3) 焊后消除应力回火,一般比母材的回火温度低3060。 (4) 防止热处理过程中产生新的变形和应力。,三 焊件的热处理方法 1 火焰加热 包括:气体、燃油、煤等的火焰加热。 优缺点:工作条件差,热利用差,但现场应用好。 2 电加热 特点:包括中频、工频加热
23、,可利用各种加热用 的电阻丝、带、片等加热元件。 优缺点:热效率高,容易实现自动控制。,四 焊前局部预热及焊后局部热处理 1 局部预热 采用气体火焰加热、电加热的方式用测温笔或热电偶确定加热温度。 2 局部热处理 设备复杂,主要用电加热的方式。 国内装置:电阻加热式(履带式、指形式、螺旋 式)、 远红外式。 实例:p33图27 表224,五 其他消除残余应力方法(与上述的热处理不一样,经济) (一)低温消除应力处理 特点:通过不均匀加热形成温度差,使焊缝区产生反向塑性变形,消除残余应力。 方法:电阻加热、远红外电加热、煤气加热器等。 (二)多层焊消除焊接应力工艺 特点:后层焊缝对前层焊缝有热处
24、理的作用,但焊接次序要严格执行。 (三)振动时效 特点:焊接构件在共振频率下振动一段时间,减少残余应力。,26 检验和修整,一 质量检验 内容多,贯穿整个工艺过程。如: 原材料的检验、放样尺寸及样板的检验、 加工零件尺寸及质量的检验、装配焊接工艺装备的检验、 部件及结构的装配焊接质量的检验、成品检验等。 二 焊接检验 p35表225,(1)破坏性检验 力学性能试验(拉伸、弯曲、冲击) 化学成分分析及试验 金相检验(宏微观组织、气孔、夹渣、裂纹、形貌等) 焊接性检验(插销、直Y、斜Y等) (2)非破坏性检验 外观检验(咬边,焊缝过高等) 水压试验 致密性试验 硬度试验 表面检验(荧光、着色、渗透
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